Устройство для измерения разноститемпературы

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеюз Севетскик

Соцналистических

Еесл блик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07. 05. 79(2l) 2762365/18-10 (51)М. КЛ с присоединением заявки Йо—

01 К 7/16

Государственный комитет

СССР ао делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150681. Бюллетень Мо 22

Дата опубликования описания 15,0681 (И) 4Ê 536.532 (088.8) (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ

ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для точного измерения разности температур.

Известно устройство для измерения разности температур, содержащее два трансформатора тока, первичные обмот-. ки которых соединены последовательно с реохордом, а ко вторичным обмоткам подключены термометры сопротивления, потенциальными выводами соединенные последовательно с участком реохорда между его началом и движком .ко входу нуль-органа (1 ).

Недостатками этого устройства являются наличие погрешности измерения, вызванной погрешностями трансформаторов тока, наличие в схеме малона- дежного реохорда с подвижным механическим контактом; отсутствие на выходе сигнала в виде напряжения постоянного тока, пропорционального измеряемой разности температур.

Известно устройство для измерения абсолютного значения температуры, содержащее термометр, подключенный последовательно с калиброванным резистором к источнику питания, конденсатор, выводы которого подключены к средним точкам попарно соединенных, четырех ключей, входы и выходы каждой пары ключей соответственно подключены к термометру цепи, состоящей из последовательно соединенных калиброванного резистора и нуль-индикатора f2 j.

K Håäîcòàòêàì этого устройства следует отнести то, что выходной сигнал (величина калиброванного резистора в момент компенсации) пропорционален величине абсолютного значения сопротивления термометра, а не приращению сопротивления, пропорционального измеряемой температуре, в ка15 честве компенсирующего элемента используется точный регулируемый калиброванный резистор, термометр сопротивления гальванически связан со схемой измерения, что.снижает помехо20 устойчивость устройства для случая удаления термометра на значительные расстояния от устройства; не обеспечивается измерение разности температур, которая пропорциональна разности сопротивлений обоих термометров, выходной сигнал устройства (величина калиброванного резистора) не пригоден для использования в системах централизованного контроля для ввоЗО да на многоканальные АЦД или УВМ.

838414

d0

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является устройство для измерения разности температур, содержащее последовательно соединенные и подключенные к стабилизатору тока термометры сопротивления, потенциальные выходы которых соединены со входами двух пар ключей, последо вательно соединенные усилитель переменного тока, демодулятор, усилитель постоянного тока, к выходу которого подключены масштабный резистор и резистор обратной связи,. генератор (3).

К недостаткам устройства следует отнести сравнительна низкую чувствительность устройства, определяемую тем, что напряжение на выходе сумматора уменьшается на число, равное числу резистора в сумматоре (в данном случае напряжение разбаланса измерительной схемы устройства уменьшается в три раза); наличие методической погрешности измерения от изменения сопротивлений термометра и линий связи (величина погрешности определяется соотношением величин сопротивлений термометра с линией связи и резистора сумматора и уменьшается с уменьшением этого соотношения), низкую помехоустойчивость.

Цель изобретения — повышение точности иэ рения разности температур.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные и подключенные к стабилизатору тока термометры сопротивления, потенциальные выходы которых соединены со входами двух пар ключей, последовательно соединенные усилитель переменного тока, демодулятор, усилитель постоянного тока, к выходу которого подключены масштабный резистор и резистор обратной связи, генератор, введены два конденсатора, четвертая пара ключей и дополнительный ключ, при этом выходы ключей первой и второй пары соединены со входами ключей соответственно третьей и четвертой пары, параллельно которым включены конденсаторы, выход первого ключа третьей пары соединен со входом усилителя переменного тока и через дополнительный ключ — с земляной шиной, выход первого из ключей четвертой пары соединен с общей точкой иасштабного резистора и резистора обратной связи, выходы вторых ключей третьей и четвертой пар соедине, ны между собой, а цепи управления ключей, входы которых соединены с потенциальными выводами термометров сопротивления, и дополнительного ключа подключены к одному выходу генератора, к другому выходу которого подключены цепи управления остальных ключей.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Соединенные последовательно термометры сопротивления 1 и 2 подключены к стабилизатору 3 тока. К общим точкам соединения ключей 4,5 и 6,7 подключен запоминающий конденсатор 8, а .к общим точкам ключей 9-12 — конденсатор 13. Входы ключей 4 и 6 соединены с потенциальными выводами термометра 1, входы ключей 9 и 11 с выходами термометра 2.

Выход ключа 5 вместе со входом ключа 14, выход которого соединен с землей, подключен через усилитель 15 переменного тока с большим входным . сопротивлением, демодулятор 16, усилитель 17 постоянного тока к выходу

15 устройства и к последовательно соединенными масштабному резистору 18 и резистору 19 обратной связи. Ueщая точка резисторов 18 и 19 соединена с выходом ключа 10. Выхсщы ключей 7 и 12 соединены между собой.

Один выход генератора 20 прямоугольных импульсов подключен ко входам управления ключей 4,6,11 и 14, а противофаэный выход генератора 20 подключен ко входам управления ключей 5,7,10 и 12. Третий выход генератора 20 связан со входом управления демодулятора 16.

Ток стабилизатора 31 протекая через термометры 1 и 2, создает на них падения напряжения

04= iR<= 1Ко +14ВО"., 2 2 О - О 2 где R — сопротивление термометров о

1 и 2 при начальной температуре;

* — температурный коэффициент сопротивления термометров

1 и 2;

t„è t температуры окружающей

40 среды в месте расположения термометров 1 и 2.

В первый полупериод выходного напряжения генератора 20 на управляющие входы ключей 4,6,9,11 и 14 подается отпирающий сигнал. Ключи 4,6,9, 11 и 14 открываются, а на управляющие входы ключей 5,7,10 и 12 подается запирающий потенциал. Ключи 5,7, 10 и 12 заперты. При этом через открытые ключи 4 и 6 емкость 8 заряжается до падения напряжения на термометре 1, а емкость 13 через открытые ключи 9 и 11 заряжается до падения напряжения на термометре 2. Ключи 5,7,10 и 12 разомкнуты, а ключ 14 замыкает вход усилителя на эемпю. Такчм образом, в первый полупериод напряжения генератора 20 на емкостях

8 и 13 запоминаются напряжения U u

U<, а .вход усилителя 15 замкнут на землю через открытый ключ 14.Во второй полупериод выходного напряжеыия генератора 20 ключи 4,6,9 и 11 размыкаются, а ключи 5,7,10 и 12 открываются,и на вход усилителя 15 (ключ

838414

14 разомкнут) поступает алгебраичес- кая сумма напряжений

Ь0 О(U2+ Uос 1 где U — напряжение обратной связи, OC снимаемое с резистора 19.

Таким образом, на вход усилителя

15 подается переменное напряжение с двойной амплитудой переменного напряжения, равной 6U> = Ь0

Это переменное напряжение усиливается усилителем 15, выпрямляется демодулятором 16 и затем, усиливаясь усилителем 17 постоянного тока, подается через масштабный резистор 18 на резистор 19 обратной связи.

Электронная следящая система, состоящая из усилителей 15 и 17 и де- 5 с модулятора 16, вырабатывает напряжение обратной связи такой амплитуды и полярности, чтобы обеспечить с точностью до напряжения статизма равенство переменного напряжения на выхо- 20 де усилителя 15 нулю, т.е. bUy = О.

Тогда следует, что

"ос= U 2 U4 С Йо (.t

Таким образом, выходное напряжение устройства зависит от измеряемой разности температур и не зависит от сопротивлений линий связи.

При изменении разности температур на входе усилителя 15 появляется напряжение разбаланса измерительной схемыЬ0у, которое усиливается трактом, состоящим из 15,16 и 17 и в ви.де приращения напряжения обратной связи поступает на вход усилителя 15 в такой полярности и такой величины, чтобы обеспечить равенство hL> = О.

Схема приходит в установившийся режим.

Коэффициент преобразования устройства определяется соотношением 4р величины масштабного резистора 18 и резистора 19 обратной связи. Точность работы устройства зависит от стабильности резисторов 18 и 19, а также Величин конденсаторов 8 и 13 . 4 значения которых, в случае использования бесконтактных ключей на МОП— транзисторах, должны значительно превышать величины межэлектродных емкостей ключей и емкости монтажа.

Применение предлагаемого устройства обеспечивает полное искдючение влияния сопротивления линии связи на точность измерения, максимально высокую чувствительность, которая может быть достигнута при компенсационном з5 методе измерения, высокую помехоустойчивость работы, поскольку в момент измерения емкости отключаются от термометров, подключаясь ко входу усилителя 15, а источник помех связыва- gg ется с входными цепями усилителя че.рез большие сопротивления запорных ключей; малые габариты устройства, простоту схемы и высокую надежность ее работы в случае использования бесконтактных ключей на МОП транзисторах в интегральном исполнении, отсутствие влияния дрейфа напряжения нуля усилителя на точность измерения.

Устройство реализовано для точного измерения разности температуры в диапазоне +10 С с помощью медных термометров (100 М). Погрешность измерения не превышала 0,1% при изменении сопротивления линии на 50 Ом без учета погрешностей термометров.

Формула изобретения

Устройство для измерения разности температуры, содержащее три пары ключей, последовательно соединенные и подключенные к стабилизатору тока термометры сопротивления, выходы которых соединены со входами двух пар ключей, последовательно соединенные усилитель переменного тока, демодулятор, усилитель постоянного тока, к выходу которого подключены масштабный резистор и резистор обратной связи, генератор, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены два конденсатора, четвертая пара ключей и дополнительный ключ, при этом выходы ключей первой и второй пары соединены со входами ключей соответственно третьей и четвертой цары, параллельно которым включены конденсаторы, выход первого ключа третьей пары соединен со входом усилителя переменного тока и через дополнительный ключ — с земляной шиной, выход первого из ключей четвертой пары соединен с общей точкой масштабного резистора и резистора обратной связи, выходы вторых ключей третьей и четвертой пар соединены между собой, а цепи управления ключей, входы которых соединены с потенциальными выводами термометров сопротивления, и дополнительного ключа подключены к одному выходу генератора, к .другому выходу которого подключены цепи управления остальных ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Самсонова Г.В. и др. Датчики для измерения температуры в промышленности. Киев, наукова думка, 1972, с. 204.

2. Измерение температуры с помощью термометров сопротивления. Экспресс-информация, сер. "Приборы и элементы автоматики". 23.08.67, 9 31, с.14.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2683779/18-10, кл. 6 01 К7/16, 09.11.78 (прототип).

838414

Составитель Н.Горшкова

Редактор А,Долинич Техред A.Áàáèíeö Корректор М.Шароши

Заказ 4410/59 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 а, Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4